La certosa di Vedana sorge nel luogo dov'era situato l'antico ospizio di San Marco di Vedana risalente all'Alto Medioevo. Lo attesta una bolla papale dell'ottobre 1155, con cui Adriano IV mette sotto la sua protezione i canonici di Belluno e li dichiara in perpetuo proprietari dell'ospizio di Agre e della chiesa.

Nel 1455 il Capitolo della Cattedrale di Belluno scrisse al Superiore Generale dei Certosini e l'Ordine accettò la proposta di insediarsi a Vedana e nel 1457 venne infatti stipulata la vendita dell'Ospizio di Vedana di proprietà del Capitolo ai padri certosini della Regola di San Brunone, con l'obbligo di continuare a praticare l'assistenza ai pellegrini.

L'antico ospizio rispecchiava probabilmente la concezione d'impianto dell'antica casa rurale bellunese e risaliva al 1145-1150, ed era stato costruito come ospedale per i pellegrini.

Nel febbraio del 1695 scoppiò un incendio che arrecò ingenti danni ai fabbricati e distrusse anche documenti importanti come protocolli notarili, donazioni, titoli, relazioni di doni; da quel momento, dopo un difficile ripristino dei locali, non vi furono più significativi interventi di costruzione, ma vennero eseguiti lavori di decorazione pittorica della chiesa e degli ambienti.

Il 7 settembre 1768 il Senato Veneto decise di applicare al clero regolare provvedimenti di soppressione; il decreto si sviluppa in undici capitoli o paragrafi, attraverso una scrittura serrata, e viene approvato con centocinque voti favorevoli, diciotto contrari, cinquantaquattro non "sinceri". L'8 settembre 1769 i monaci dovettero abbandonare la certosa di San Marco di Vedana e trasferirsi nella vicina certosa del Montello. Nel 1771 il patrizio veneziano Nicolò Erizzo acquistò la certosa e i suoi beni per 101.000 ducati, la diede in affitto alla famiglia Segato convertendola in fattoria.

Nell'ex cella del procuratore il 13 giugno 1792 da Benedetto Segato e da Giustina Lante di Belluno venne alla luce Girolamo Segato detto il pietrificatore.

Nel 1882 i padri di Pavia ripresero possesso del monastero esclusi i terreni e i beni un tempo di proprietà della certosa. Il complesso fu poi oggetto di grande restauro. L'Ordine dei Monaci Certosini vi rimase fino al 1977, successivamente il complesso rimase disabitato fino al 1998 quando fu ospitata la comunità di monache di clausura provenienti dalla Certosa di Riva di Pinerolo fino al 2014.

Nel 2018 si è insediata nella certosa una comunità di monache di clausura Adoratrici perpetue del Santissimo Sacramento, dedite alla preghiera ininterrotta di fronte al Santissimo solennemente esposto. Il complesso monastico non è visitabile.

La chiesa monastica (di San Marco) contiene delle importanti opere pittoriche, tra cui tre pale d'altare; quella grande dell'altare maggiore di Francesco Frigimelica il Vecchio del 1610 e le altre due degli altari laterali "dei fratelli" di Sebastiano Ricci. Tramite un accordo con l'Ordine certosino e la diocesi di Belluno-Feltre queste opere sono esposte al museo diocesano di Feltre.

Nella primavera del 1947 don Albino Luciani futuro Papa Giovanni Paolo I si ritirò per un mese intero nel "vescovado" della certosa di Vedana.

Sono aperte ai fedeli alcune messe in giorni feriali e festivi.

Magnifica Certosa attualmente non visitabile.